金属ナノホールアレイ表面プラズモンによる量子ドット赤外線光検出器の光子吸収增强

概要

小型光検出器デバイスへの需要増加に伴い、量子ドットベース赤外線光検出器が過去数十年間でますます注目を集めています。本研究では、従来型光検出器に存在する低光吸収効率のボトルネックを克服するため、周期的金属ナノホールアレイ構造を量子ドット赤外線光検出器に導入し、表面プラズモン増強効果により光子吸収性能を向上させました。結果は、最適化された金属ナノホールアレイ構造が特定の光検出器において光子吸収率を86.47%まで大幅に向上させることを示しており、これは金属アレイ構造のない従来型光検出器の1.89倍です。吸収率の大幅な向上は、金属ナノホールアレイ構造によって引き起こされる局所結合表面プラズモン効果に起因します。この研究が、高性能ナノスケール量子ドットベース赤外線光検出器の製造に一定の理論的指針を提供すると考えられます。

背景

半導体赤外線光検出器は赤外線を検出でき、科学研究、デジタルイメージング、光通信、軍事分野で大きな応用が期待されています。現在まで、量子ドット赤外線光検出器（QDIP）は優れた光応答特性とデバイス小型化の傾向により、近年ますます注目されています[1-3]。科学者たちが数十年にわたる継続的努力により高性能QDIP技術開発で大きな進歩を遂げましたが、デバイス小型化[4]と実用的要求に応えるにはさらなる改善が必要です。金属グレーティングを量子ドットベース活性領域に結合することは、QDIP性能を向上させる効果的なアプローチと見なされており[5,6]、プラズモン増強効果の局所光結合により高い光吸収係数を得られます。

報告によれば、QDIP性能向上に用いられる金属グレーティング構造には主に2種類あります。一つは金属ホールアレイ構造、もう一つは非ホール金属アレイ構造です。より具体的に、金属ホールアレイ構造の応用において、Changグループは2007年に金属ホール周期アレイをQDIPの量子ドット層と組み合わせ、光検出器の超常光透過を実現しました[7]。2009年、Leeらは金属フォトニック結晶を3.6 μm周期のホールアレイ（厚さ100 nm）と統合することで高検出感度QDIPを提案しました[8]。研究結果は、この手法が光検出器のピーク応答を11.3 μm波長で実現し、金属フォトニック結晶なしの場合と比較して最大30倍の検出感度向上をもたらすことを示しました。その後、入射光へのQDIP性能依存性と焦点面アレイへの応用について議論しました[9,10]。ホール金属アレイ結合グレーティングを用いた類似の性能向上も報告されています[11-14]。非ホール金属アレイ構造も提案されています。2011年、Huangらは自己組織化プラズモン銀ナノ粒子層を用いてQDIPの広スペクトル応答を増強し、2.4–3.3倍の向上を得ました[15]。2014年、ChenグループはAuナノ粒子の近接場効果により光検出器性能が向上することを報告しました[16]。2015年、DingグループとWangグループはそれぞれ導波路結合構造と単一共振空洞分布型プラハ反射鏡を提案しました[17,18]。上記構造以外にも、アンテナストリップアレイやナノディスクアレイなどの他の金属構造も議論・分析されています[19-21]。

しかし、これらの非ホールアレイ手法もQDIPの光応答に増強効果を示しますが、典型的なホールアレイ構造と比較して、コスト効率が良く簡便な製造プロセスが依然として課題となっています。典型的なホールアレイ構造では、ホールアレイサイズは一般的にマイクロスケールです。光応答増強は、マイクロスケール金属ホール内の空気と下部半導体の界面でのプラズモン効果を通じて起こります。金属ホールアレイサイズを、ナノスケールQDIPの量子ドットサイズに合わせてナノスケールまでさらに縮小できるか、対応する増強効果を持つ高性能QDIPが実現可能か。同時に、これらの現象の基盤となるメカニズムを解明するためのさらなる理論的研究が必要です。本研究では、現象を明確にするため、ナノスケール金属ホールアレイ構造を持つQDIPを設計し、従来のマイクロスケールQDIPと比較して、光透過条件と電場分布を分析することで増強効果を説明しました。結果は、ナノスケール金属アレイ構造を持つQDIPが、光子-量子ドット相互作用と効率的な光結合により、光子吸収率86.47%まで達成できることを示しており、ナノサイズ赤外線光検出器の設計と最適化への道を開く可能性があります。

ナノホールアレイを持つQDIPの設計モデル

一般的に、QDIPは量子ドット領域と電極で構成され、量子ドット領域は周期的量子ドット層とバリア層で構成されます。理想条件下（電極と基板の影響を無視）、QDIP全体の光透過は量子ドット領域のそれと等しいと仮定できます。したがって、電極と基板をQDIP設計に含める必要はありません。具体的には、図1aに典型的QDIPの設計を示します。これは5周期の量子ドット複合層で構成され、これらの複合層はAlGaAsバリア層と周期的量子ドットを含むGaAs層で構成されます（図1b）。現在の構成では、量子ドットナノ粒子は多くの原子と分子で形成される量子ドットの定義に沿って立方体形状と仮定し、長さ40 nm、幅40 nm、高さ7–9 nmです。同様の量子ドットモデルは報告文献にも見られます[22]。QDIP面積は1000 nm × 1000 nm、AlGaAsバリア層厚は60 nmと設定。金属ナノホールアレイとしてAuを選択し、従来型QDIPの従来型量子ドットナノ構造層上に配置し、改良型QDIPとして図2に示します。ホール半径は50–70 nmの範囲で調整可能です。量子ドットを構成する材料を、特定の屈折率を持つバルク材料と単純に見なすことはできません。図3は、Edward D. Palikの方法[23]を用いて量子ドット形成に用いられるGaAs材料の電気分散特性を示します。図中、青曲線と赤曲線はそれぞれGaAsの誘電定数ε'とε''を表します。図4aとbは、それぞれGaAs、Al_0.3Ga_0.7As材料と金材料の電気分散特性を示します。

YEEセルベースの計算手法

上記物理モデル設計に基づき、有限要素積分法を用いて光透過条件を計算しました。まず、YEEセルに基づき、上記モデルを満たすマクスウェル積分方程式を以下のように記述します：

$$ {\oint}_L E\cdot dl=-\frac{\partial }{\partial t}{\int}_S B\cdot dS $$ (1) $$ {\oint}_L H\cdot dl=J+\frac{\partial }{\partial t}{\int}_S D\cdot dS $$ (2) $$ {\oint}_S D\cdot dS=q $$ (3) $$ {\oint}_S B\cdot dS=0 $$ (4)

計算では、式1–4を離散化します。電場ノードと磁場ノードの分布はともに「Yeeセル」形式を選択。式1を例にとると、光検出器の電磁モデルを「Yeeセル」の蓄積と見なせます。図5に示すように、任意セルの4辺は式1に対応し、電場ベクトルe_i、e_j、e_k、e_lを表します。法線方向に位置するベクトルは磁場ベクトルb_nであり、したがって前の式1は以下の式5のように書き換えられます：

$$ {e}_i+{e}_j-{e}_k-{e}_l=-\frac{db_n}{dt} $$ (5)

同様の方法で、光検出器全体の電磁モデル方程式を以下のように記述できます：

$$ \left[\begin{array}{l}..\dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \\ {}1\kern0.5em 1\kern0.5em -1\kern0.5em -1\\ {}.\dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \\ {}.\dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \end{array}\right]\left[\begin{array}{l}{e}_i\\ {}{e}_j\\ {}{e}_k\\ {}{e}_l\end{array}\right]=-\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{l}.\\ {}{b}_n\\ {}.\\ {}.\end{array}\right] $$ (6)

式2も同様に書き換えられます：

$$ Ce=-\overset{.}{b} $$ (7)

同様の方法で、他の式2–4を離散化すると：

$$ \overset{\sim }{C}h=\overset{.}{d}+j $$ (8) $$ sb=0 $$ (9) $$ \overset{\sim }{S}d=q $$ (10)

離散化された式7–10を境界条件と組み合わせ、反復法で電場と磁場を解くことができます。本研究では、金属ホールアレイ構造を従来型QDIPの上部に配置し、この構造がブラッグ散乱を通じて光結合を促進します。対応する光通信をさらに計算し、透過条件、反射条件、吸収条件が与えられたときに次のセクションで議論します。さらに、吸収と量子効率の関係に基づき、QDIPの応答度を求めることができます。具体的には、よく知られているように、QDIPの応答度は光電流と入射光パワーの比として計算できる非常に重要な性能パラメータです[24]。したがって、以下のように記述できます：

$$ R=\frac{I_{photo}}{P_o}=g\frac{\eta e}{hv} $$ (11)

ここでI_photoはQDIPの光電流、Pは入射光パワー、gは光伝導ゲイン、eは電子電荷、hはプランク定数、vは入射光周波数、ηは量子効率です。

量子効率は、電子正孔対数と入射光子数の比として定義され、光検出器の吸収に強く依存します。実際には、入射光が直接吸収領域を照射しても、トップコンタクト層や金属層の反射により完全には吸収されません[25,26]。したがって、QDIPの量子効率は以下のように記述できます：

$$ \eta =\left(1-r\right)\left[\exp \left(-{\alpha}_0d\right)\right]\left[1-\exp \left(-{\alpha}_0W\right)\right] $$ (12)

ここでα₀WはQDIPの吸収係数、α₀dは入射コンタクト層の吸収係数、rは入射層の反射率です。

QDIPにおいて、光伝導ゲインは、拡張状態から量子ドットに戻る電子の再結合時間τ_lifeと、デバイスを横切る電子の通過時間τ_totalの比として定義され、以下のように示されます：

$$ g=\frac{\tau_{life}}{\tau_{total}} $$ (13)

量子ドット複合層1周期の通過時間が、拡張状態から量子ドットに戻る再結合時間よりかなり小さい条件下[22,27]では、ゲインは以下のように記述できます：

$$ g=\frac{\left(K+1\right) L\mu E{\left[1+{\left(\mu E/{v}_s\right)}^2\right]}^{\hbox{-} 1/2}}{\mathrm{K}\pi {a}_{QD}^2{h}_{QD}^2{\sum}_{QD}{V}_{\mathrm{t}}} $$ (14)

ここでKは量子ドット複合層の数、Lは量子ドット層間距離、μは電子移動度、EはQDIP内電場密度、v_sは電子飽和速度、h_QDは量子ドット高さ、∑_QDは各量子ドット層の量子ドット密度、a_QDは量子ドット横サイズ、V_tは電子捕獲率です。

式(12)と式(14)を式(11)に代入すると、QDIPの応答度が得られます：

$$ R==\frac{\lambda \left(K+1\right) L\mu E{\left[1+{\left(\mu E/{v}_s\right)}^2\right]}^{\hbox{-} 1/2}\left(1-r\right)\exp \left(-{\alpha}_0d\right)\left[1-\exp \left(-{\alpha}_0W\right)\right]}{1.24\mathrm{K}\pi {a}_{QD}^2{h}_{QD}^2{\sum}_{QD}{V}_{\mathrm{t}}} $$ (15)

結果と考察

上記QDIP設計に基づき、入射赤外光がこれらのQDIPの上部をz軸方向から照射すると、光検出器は入射光の反射と透過を持ちます。光検出器の吸収率は、入射光のこれらの光透過条件を研究することで決定でき、光検出器性能評価において非常に重要な役割を果たします。図6に、金属アレイのない光検出器（従来型QDIP）と金属アレイを持つ光検出器（改良型QDIP）の反射条件を示します。図6の2曲線を比較すると、250–260 THzと279–293 THzの周波数範囲の個別値を除き、従来型QDIPの反射係数値は改良型QDIPよりわずかに小さいことがわかります。具体的に、219 THzでの値を例にとると、従来型QDIPの反射係数値は-3.91 dBであるのに対し、改良型QDIPは-1.31 dBと低くなります。前述のように、改良型QDIPは従来型QDIPよりわずかに高い値を持つ可能性がありますが、改良型QDIPの最小吸収は従来型QDIPよりかなり小さいことがわかります。具体的に、改良型QDIPの最小吸収は255.10 THzで-16.17 dBであるのに対し、従来型QDIPは254.86 THzで-13.42 dBです。改良型QDIPの低反射係数は、半導体よりも赤外光に対する金属の高い吸収係数に起因すると考えられます。吸収は反射と透過の共通寄与から計算できます。図7aに従来型QDIPと改良型QDIPの透過係数を示します。青色でマークされた従来型QDIPの値は、全周波数範囲200–340 THzで改良型QDIPの値より明確に大きいです。例えば、298 THzでは改良型QDIPの透過係数は-10.83 dBのみで、従来型QDIPの-4.15 dBより1.60倍小さいです。透過、反射、吸収の競合関係によれば、入射光の他の損失を無視すると、透過係数の減少は吸収の増加をもたらします。

図7aの透過状況と図6の反射状況を組み合わせ、QDIPの吸収率を計算しました（図7b）。図中、赤曲線（60 nm改良とマーク）は金属構造を持つ改良型QDIPの吸収率を、青曲線（60 nm従来とマーク）は金属ホール構造のない従来型QDIPの吸収率を表します。2曲線を比較すると、改良型QDIPの吸収率が従来型QDIPより高いことがわかります。改良型QDIPの最大吸収率は286 THzで0.782であり、従来型QDIPの最大値0.458（257 THz）の1.71倍です。改良型QDIPの吸収率増加の理由は以下の通りです。金属ナノホールアレイ構造を従来型QDIP上部に導入し、この構成が表面プラズモン共鳴効果を促進し、入射光の局所結合効果をもたらします。さらに、局所結合効果によりより多くの入射光が下部の半導体量子ドット層に入り込み、入射光に対する高吸収と、より大きな光電流と高い量子効率による優れた光電特性をもたらします。

改良型QDIPでプラズモン増強効果をどう実現するかをさらに明確にするため、異なる金属ナノホール構造が改良型QDIPの吸収率に与える影響も調査しました。図8aに示すように、異なる金属ナノホール半径を持つ改良型QDIPの吸収率曲線は、黒（50 nm）、緑（55 nm）、赤（60 nm）、青（65 nm）曲線に対応します。改良型QDIPの吸収率値は異なるナノホールで異なる変化傾向を示します。改良型QDIPの吸収率ピーク値は、黒曲線（289 THzで0.744）、緑曲線（291 THzで0.721）、赤曲線（286 THzで0.782）、青曲線（288 THzで0.707）です。明らかに、これらの光検出器の中で、ホール半径60 nmの改良型QDIPが最高の吸収率性能を示します。同時に、改良型QDIPの金属ホール層厚も吸収率に影響を与えることが知られています。図8bに示すように、改良型QDIPの金属層厚を10–40 nmに変更すると、吸収率ピーク値は10 nm厚（263 THzで0.667）から20 nm（286 THzで0.782）、30 nm（293 THzで0.662）、40 nm（262 THzで0.590）に対応して変化します。これらのピーク値の中で、厚さ20 nmの金属ナノホール層が最高吸収率値を示します。

上記現象を明確にするため、286 THzでの異なる金属ホール半径を持つ改良型QDIPトップ表面の電場分布条件をさらに研究しました。図9に、50–65 nm範囲の異なる金属ホール半径での電場分布を示します。図9aの4図を比較すると、ホール半径50 nm（図9a）と55 nm（図9b）のQDIPは、図9aとbの電場分布がホールとその隣接領域を含む全領域に広がっているため、比較的弱い電場増強しかなく、それらの電場局所結合効果は無視できます。一方、高電場を持つ電場局所結合領域は図9cとdで観察できます。図9cとdのホール周りのリング状強電場分布は、金属ホール内の空気と金属ホールの界面に位置し、表面プラズモン結合効果の結果として現れます。図9cとdの電場分布を比較すると、マークされた色（赤、緑、青の混合）によれば、図9cの電場結合効果は図9dより強いです。ここで赤色は最強電場、青色は最弱電場を表します。以上の分析から、半径60 nmの金属ナノホールが表面プラズモンによる電場増強効果を生成することがわかります。増強効果をさらに明確にするため、本研究での最適化QDIPの最大吸収に対応する286 THzでのxz平面上の電場分布を図10aに示します。これはy=0断面（xz平面の場に対応）上にあります。図中、z軸方向から見ると、増強電場分布は隣接金属ホール間の領域にあり赤色でマークされ、弱電場は金属ホール領域にあり青色でマークされます。電場分布はQDIPの増強吸収を直接的に明らかにしています。この増強結合効果が吸収率増加をもたらし、さらに改良型QDIPの高量子効率につながります。もちろん、光の電磁気的特性によれば、磁場分布を分析しても同じ結論が導けます。磁場分布の議論は電場分布と同じであるため、本研究では省略します。

また、前述のように増強効果は表面プラズモン由来であり、励起表面プラズモン波のモードをさらに決定しました。図10aとbに電場と磁場の結果を示します。図10bにyz平面上の電場偏光分布を示します。電場がyz平面に垂直であることがわかります。つまり、電場はE_z成分を持ちません。図10cに磁場偏光分布を示します。磁場がyz平面に平行であることがわかります。つまり、入射光の伝播方向であるz方向にH_z成分があります。したがって、本研究では励起表面プラズモン波はTEモードです。さらに、表面プラズモンを励起する位置を明確にするため、金属ホール界面近くの磁場分布を図10c上部に示します。隣接金属ホール間の位置での磁場が金属ホール内より強いことがわかります。また、図10aに現れる電場によれば、増強電場が隣接金属ホール間の位置に集中していることも証明できます。したがって、表面プラズモン効果は金属と半導体の間の表面、すなわち隣接金属ホール間の位置から生じるという結論が導けます。もちろん、吸収増強は表面プラズモンだけでなく、金属層の増強反射による入射光の二次吸収（入射光がz軸に沿ってQDIPを照射するため）からも生じることは注目に値します。

金属層に関連するパラメータもQDIP性能に大きな影響を与えることが知られています。最適パラメータを決定するため、最適化された金属層厚（20 nm）と金属ホール半径（60 nm）の条件下で、バリア層厚と量子ドット層厚をさらに分析・議論しました。図11aに、バリア層厚70–85 nm範囲での光検出器吸収率変化傾向を示します。図から、これらの吸収率曲線は類似の変化傾向を持ちます。バリア層厚が70–85 nm範囲で変化すると、改良型QDIPの対応する最大吸収率値は、70 nm（322.78 THzで0.7581）、75 nm（304.84 THzで0.7763）、80 nm（292.75 THzで0.8552）、85 nm（284.17 THzで0.8346）となります。これらの最大吸収率値を比較すると、バリア層厚80 nmが改良型QDIPで最高の吸収率性能を示すことがわかります。上記最適化値で他パラメータを固定し、量子ドット層厚が改良型QDIPの吸収率性能に与える影響をさらに研究し、対応曲線を図11bに示します。図から、赤曲線が量子ドット層厚7 nmの改良型QDIPで295.48 THzでの最大吸収率値0.8647を持つことがわかり、光検出器が最適遷移状態を持つことを示しています。

以上の議論から、QDIPに関連するパラメータだけでなく、量子ドット層厚とバリア層厚もデバイス性能を決定することが明確です。本研究では、理論計算結果に基づき、改良型QDIPの最適化パラメータとして、金属層厚20 nm、金属ホール半径60 nm、量子ドット層厚7 nm、バリア層厚80 nmを提示できます。最適光検出器の吸収率は最大86.47%まで達します。さらに、図12に従来型QDIPと最適化QDIPを比較示します。222.91–262.18 THzの周波数範囲の値を除き、赤曲線の吸収率値は青曲線よりかなり高くなります。赤曲線の最大吸収率は295.48 THzで0.8647であり、青曲線（図7bの「60 nm従来」と同じ、金属ホールアレイなしQDIPに対応）の257 THzでの値の1.89倍です。最大吸収率ピークの周波数シフトは、主に改良型光検出器の厚さ変化によるものです。さらに、QDIPの最適化パラメータ、量子ドット層とバリア層の厚さに基づき、光検出器の量子効率値と応答度を算出しました。

QDIPの量子効率と応答度

図12の吸収率計算結果と上記QDIPの量子効率と応答度の式を組み合わせ、QDIPの量子効率と応答度を算出し、対応結果を図13aとbにプロットしました。図13aにQDIPの量子効率を示します。青点線曲線は金属アレイなしQDIPの量子効率、赤実線曲線は金属アレイを持つ最適化QDIPの量子効率です。2曲線を比較すると、最適化QDIPの最大量子効率は295.87 THzで0.2961であり、従来型QDIPの256.48 THzでの0.2458の1.205倍です。増加傾向は、図12の吸収率で示されたものと類似しており、金属ホールアレイ導入と量子ドット赤外線光検出器最適化の結果です。吸収率の増加傾向に基づき、QDIPの応答度も類似の増加傾向を示すことがわかります。具体的に、図13bに最適化QDIPと従来型QDIPの応答度を示します。赤曲線が従来型QDIPの応答度、青曲線が金属ホール層を持つ最適化QDIPの応答度です。図13aの分析と同様に、応答度は295.87 THzで0.0326 mA/Wであり、従来型QDIPの256.48 THzでの0.0152より0.0174大きくなります。229.57–254.41 THz範囲の他の周波数帯でも応答度増加が証明され、金属ホールアレイ導入と量子ドット領域最適化による光検出器性能向上を明確に示しています。さらに、増強理由は上記量子ドット領域の電場分布分析で詳細に議論されました。

電極と基板の影響

上記研究はすべて電極と基板の影響を無視した条件下で行われました。実際、電極と基板は性能に一定の影響を与えますが、最適化QDIPの金属層による性能増強効果の記述には影響しません。これは、電極と基板が金属層あり/なしのQDIP吸収にほぼ同じ影響を与えるためです。問題を十分に説明するため、基板と電極から生じる影響、量子効率、応答度などを考慮してQDIP吸収を再計算しました。具体的には、電極は一般的に量子ドット吸収領域の両端に設計され、図14aに示すように、一つは従来型QDIP上部に、もう一つはQDIP吸収領域の底部末端、すなわち上記電極とともにバイアス電圧を量子ドット吸収領域に供給し電流を伝送する基板上部に位置します。ここで、本研究では最適化QDIPで金属リングではなく金属ホールアレイを電極として使用したことに言及する価値があります。もう一つの電極は従来型QDIPと類似です。上記設計に基づき、電極の具体的分布を図14aで明確に計算しました。図14aと同様に、図14bでは電極材料を金、基板材料をAlGaAsとし、厚さをそれぞれ20 nmと300 nmとしました。

上記QDIP構造への電極と基板導入に基づき、QDIP吸収を計算し、電極と基板のないQDIPと結果を比較しました。図15に電極と基板がQDIP吸収率に与える影響を示します。図中、青曲線とピンク曲線はそれぞれ電極と基板のない従来型QDIP吸収率と最適化QDIP吸収率です。赤破線曲線は電極と基板を持つ最適化QDIP吸収率を表します。その最大吸収は304.35 THzで0.7620であり、電極と基板のない最適化QDIPより0.1027小さいだけです。吸収率低下は電極と基板による損失から生じ、緑曲線（電極と基板を持つ従来型QDIP吸収率）も同様です。従来型QDIPと最適化QDIPの電極と基板ありの吸収率を比較すると、最適化QDIPの電極と基板あり吸収率での増強は非常に明確で、図12の最適化QDIPと同じです。つまり、電極と基板が吸収率低下をもたらしても、最適化QDIPの総吸収率は裸QDIPと比較して増強可能であり、したがって金属ホールアレイ使用時の最適化QDIP増強記述への影響は非常に小さく無視できます。

また、電極と基板を持つQDIPの吸収率変化傾向が、前の曲線（青曲線とピンク曲線に対応）と同一ではないことが観察されます。より複雑で多くのピーク値を持ちます。この現象の理由は以下のように説明できます。第一に、電極と基板の追加により、蓄積熱効果や他の負の影響因子により、多少の損失と周波数シフトが生じます。第二に、電極材料として金属を選択したため、電極と基板を持つ最適化QDIPでは、増強反射と増強表面プラズモンが生じます。この2つの理由が共通して図15で示される吸収率増強を促進します。

結論

結論として、従来型QDIP性能はナノスケール金属ナノホールアレイ追加により大幅に改善可能であり、改良型QDIPの性能増強メカニズムを反射、透過、吸収、電場分布の分析により議論しました。結果は、改良型QDIPが従来型QDIPより高い吸収率を持つことだけでなく、金属ナノホールアレイに関連する改良型QDIPパラメータと量子ドット複合層が性能に著しく影響することも示しています。理論計算によれば、改良型光検出器の最適化パラメータは、金属層厚20 nm、金属ホール半径60 nm、量子ドット層厚7 nm、バリア層厚80 nmです。最適光検出器の最大吸収率値は約300 THz付近で86.47%まで達します。吸収率の大幅な向上は、表面プラズモンによる電場増強効果が引き起こす局所結合効果に起因し、さらに高い量子効率（0.2961）と応答度（0.0326 mA/W）につながります。この貢献が高性能ナノスケールQDIP開発への一定の理論的指針を提供すると考えられます。